CN110669935A - 一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废资源综合利用领域，公开了一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，包括将赤泥与调质改性造渣剂按一定比例混合；将混合后的物料滚动成型并进行干燥处理，获取干燥球团；将干燥球团与焦炭置入多功能熔炼炉还原，通过气相分离碱金属及重金属等，通过液相分离铁液。将炉内剩余高温熔渣通过离心或喷吹法制备矿棉、岩棉，或通过模板析晶法制备微晶玻璃。本发明提供的赤泥回收利用的方法，实现了固体废弃物赤泥的多组份分离与全组份利用，解决了赤泥利用不充分、污染环境的现状，符合国家提倡的废物利用环保政策，同时处理后可得到的高附加值的碱金属、重金属组分、铁液以及矿棉/岩棉/微晶玻璃，具有显著的环境效益和经济效益。

Description

一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺
技术领域
本发明涉及固废资源综合利用领域，特别涉及一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺。
背景技术
赤泥是氧化铝工业在制铝过程中排出的固体废渣，因多呈现红色和褐色而得名。按氧化铝工业目前技术水平，每生产1吨氧化铝，大约要排放出1～1.8吨赤泥。而我国又是氧化铝生产大国，依据《中国资源综合利用年度报告》(2014)统计结果，我国赤泥年产生量为7300万吨，利用率仅为4％左右，累计堆存量已经达到3亿多吨。大量堆存的赤泥不仅占用稀缺的土地资源，而且会对生态环境造成严重的不良影响。其中的碱性废液和重金属离子会造成土壤和地下水污染等一系列环境问题，含有的放射性元素也会严重影响生态安全，并且赤泥堆场的溃坝隐患也潜在地威胁了人民群众的生命财产安全。
由于原料性质和生产工艺的不同，产生的赤泥化学组成会有一定的差异，但主要成分及其质量分数一般为：CaO 2％～49％、SiO2 3％～53％、Al2O35％～20％、Fe2O3 6.1％～60％、(Na2O+K2O)2％～10％和TiO2 0.1％～10％。近年来，赤泥的处理和回收成为一个重要的研究方向。如公开号为CN106623356A的专利公开了一种赤泥的回收方法，将赤泥与氢氧化钠混合加热至熔化，冷却后再用废水溶出悬浮液，经磁选得到铁精矿，剩下悬浮液干燥后生产保温阻燃材料；公开号为CN103589871A的专利提供了一种从赤泥渣中回收铝的方法，主要过程为：把赤泥回收铁后的炉渣进行硫酸化焙烧，经过水浸和通过过量氨水或氨气获得氧化铝沉淀，从而将赤泥中的铝进行回收；公开号为CN107162029A的专利公开了一种赤泥综合利用的方法，将赤泥经过酸碱处理获得氢氧化钠、氯化钠、氯化钙和九水偏硅酸钠多种化工产品。但是，现有的赤泥处理方法大多回收组份单一，且剩余残留物难以利用。有少数回收赤泥中多组份的方法，但是存在处理工艺复杂，回收成本高和二次污染等问题。
因此，寻找一种赤泥有价组份全回收、尾渣全部利用，同时具有经济效益和简单可行的方法具有重要的现实意义。
本发明利用新型熔炼分离一体化高温炉处理赤泥，在炉底部回收铁液，在烟气中回收碱金属和重金属，剩余高温熔渣根据成分特性，选择性制备矿棉、岩棉或微晶玻璃。本发明实现了赤泥多组份分离和全组分利用，切实解决了赤泥有价元素回收工艺复杂和尾渣利用困难的综合利用难题。通过该方法获得高附加值的碱金属、重金属组份、铁液和无机材料，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术缺陷和应用需求，本申请提出一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，以解决现有赤泥处理工艺复杂，回收成本高和二次污染等问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种赤泥回收利用的方法，包括：
步骤1：将赤泥与调质改性造渣剂按一定比例混合均匀；
步骤2：将混合后的物料滚动成型并进行干燥处理，获取干燥球团；
步骤3：将干燥球团与焦炭置入多功能熔炼炉进行熔炼还原，实时收集碱金属及重金属蒸汽，熔炼还原结束后分离铁液和熔融尾渣；
步骤4：利用熔融尾渣制备矿棉、岩棉，或利用熔融尾渣制备微晶玻璃。
其中，步骤1中，根据赤泥成分以及利用尾渣制备无机复合材料对熔渣组成的要求，进行调质。
进一步地，在利用尾渣获取矿棉或岩棉时，调质后混合物成分特征酸度系数MK分别在1.2～1.4以及1.6～2.0范围内；在利用尾渣获取微晶玻璃时，调质后混合物成分特征酸度系数MK在1.4～2.6范围内。
其中，步骤1中，因生产地区、生产原料、生产工艺等的不同以及所制备无机材料对组份的要求，调质剂主要进行酸碱度调整。根据废弃物互补的原理，调质剂可以全部由废弃物组成，这样，调质改性造渣剂主要分为两种类型，碱性调质剂和酸性调质剂。
进一步地，碱性调质剂可以为钢渣、石灰石尾矿等中的一种或多种的组合；酸性调质剂可以为粉煤灰、煤矸石、尾矿或石英砂尾矿等中的一种或多种的组合。
进一步地，调质改性造渣剂占总成分质量分数不超过30％。
其中，步骤2中，干燥处理的温度为100℃～300℃，干燥处理的时间为2h～24h。
其中，步骤3中，熔炼使用的焦炭可为炼钢焦炭或合金焦炭中一种或多种的组合。
进一步地，焦炭粒度为5～50mm，焦炭加入量与球团的比为0.2～1.0。进一步地，多功能熔炉采用弱酸性、中性或碱性炉衬，熔炼还原温度在1300～1700℃。
进一步地，赤泥中碱金属与重金属大部分都以气体形式进入烟气，通过传统的控温冷凝分离工艺将其回收。
进一步地，赤泥中的铁氧化物大部分被还原成液态铁从出铁口流出，作为炼钢原料。
其中，步骤4中，采用离心法或喷吹法一体化在线制备矿棉或岩棉；采用模板析晶法制备微晶玻璃。
(三)有益效果
本发明提供一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，能有效地回收赤泥中的有价元素(碱金属元素、重金属元素和铁元素)，并且解决了组份回收后尾渣利用难的问题，实现了全部尾渣的高附加值利用，得以将赤泥综合利用的效益最大化。实现了固体废弃物赤泥的多组份分离与全组份利用，解决了赤泥利用不充分、污染环境的现状，符合国家提倡的废物利用环保政策，同时处理后可得到的高附加值的碱金属和重金属组份、铁液以及矿棉/岩棉/微晶玻璃，开辟了赤泥综合利用的新途径，能够有效消除赤泥堆存产生的环境隐患，并且具有可观的经济效益、社会效益和生态效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的工艺流程图；
图2为本发明实施例制备的矿渣纤维棉；
图3为本发明实施例制备的微晶玻璃。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的，如图1所示，包括如下步骤；
步骤1：将赤泥与调质改性造渣剂按一定比例混合均匀；
步骤2：将混合后的物料滚动成型并进行干燥处理，获取干燥球团；
步骤3：将干燥球团与焦炭置入多功能熔炼炉进行熔炼还原，实时收集碱金属及重金属蒸汽，熔炼还原结束后分离铁液和熔融尾渣；
步骤4：利用熔融尾渣制备矿棉、岩棉，或利用熔融尾渣制备微晶玻璃。
其中，步骤1中调质改性造渣剂主要分为两种类型，碱性调质剂和酸性调质剂。其中，碱性调质剂可以为钢渣、石灰石尾矿等中的一种或多种的组合；酸性调质剂可以为粉煤灰、煤矸石、尾矿或石英砂尾矿等中的一种或多种的组合。调质改性造渣剂占总成分质量分数不超过30％。
较佳的，在利用尾渣获取矿棉或岩棉时，调质后混合物成分特征酸度系数MK分别在1.2～1.4以及1.6～2.0范围内；在利用尾渣获取微晶玻璃时，调质后混合物成分特征酸度系数MK在1.4～2.6范围内。
其中，步骤2中干燥处理的温度为100℃～300℃，干燥处理的时间为2h～24h，避免后续反应中物料中存在水分。
其中，步骤3中，焦炭可为炼钢焦炭或合金焦炭中一种或多种的组合。赤泥中碱金属与重金属以气体形式进入烟气，通过控温冷凝分离工艺将其回收。赤泥中的铁氧化物被还原成液态铁从出铁口流出，作为炼钢原料。
较佳地，焦炭粒度为5～50mm，焦炭加入量与球团的比为0.2～1.0。
较佳地，多功能熔炼炉采用弱酸性、中性或碱性炉衬，以缓解碱金属的侵蚀，熔炼还原温度在1300～1700℃。
本实施例中，步骤4中离心法或喷吹法一体化在线制备矿棉、岩棉的步骤包括：
步骤40：将第一预设温度的调质后的熔渣由出渣口流出，经渣槽送入离心机，离心甩制成纤维；
步骤41：纤维由环风收集并吹进集棉室，在飞行过程中喷洒雾状粘结剂，获得原棉；
步骤42：将原棉被送入固化炉，并经压制、成型和切边工艺获得矿渣纤维棉。
在一个生产矿棉具体的实施例中，包括如下步骤：
(1)将赤泥与废石英砂按1：0.1比例混合均匀，混合物料酸度系数为1.34。
赤泥采用干燥后物料，其主要成分及其质量分数为：CaO 27.74％、SiO2 16.21％、Al2O3 11.38％、Fe2O3 30.55％、(Na2O+K2O)6.10％和TiO2 0.69％。
废石英砂中二氧化硅的质量分数为96.50％。
(2)利用造球机，将步骤(1)所得混合物料造球，然后在110℃下干燥4h。
(3)将步骤(2)所得干燥球团和炼钢焦炭以1：0.49送熔炉中熔融还原，C/O为1.6，控制炉温为1550℃，并保温2h后铁液从出铁口流出并被收集，蒸汽由回收装置在熔炼全过程进行收集。
(4)利用步骤(3)剩余熔融尾渣制备矿渣纤维棉：熔渣由出渣口流出，经三辊离心机甩制成纤，纤维由气力输送进入集棉箱，同时喷洒粘结剂后形成原棉，原棉经固化、压制、成型和切边等工艺，获得矿渣棉板，如图2所示。
本实施例中，步骤4中模板析晶法的步骤包括：
步骤43：将第二预设温度的调质后的熔渣注入压延设备中淬冷，并压制成型获得均匀厚度的基础玻璃；
步骤44：将基础玻璃以升温处理，进行核化；
步骤45：将核化后的基础玻璃继续升温处理，进行晶化；
步骤46：晶化后的基础玻璃降温处理，获得微晶玻璃。
在一个生产微晶玻璃具体的实施例中，包括如下步骤：
(1)将赤泥与废石英砂按1：0.21比例混合均匀，混合物料酸度系数为1.71。
赤泥采用干燥后物料，其主要成分及其质量分数为：CaO 27.74％、SiO2 16.21％、Al2O3 11.38％、Fe2O3 30.55％、(Na2O+K2O)6.10％和TiO2 0.69％。
废石英砂中二氧化硅的质量分数为96.50％。
(2)利用造球机，将步骤(1)所得混合物料造球，然后在110℃下干燥4h。
(3)将步骤(2)所得干燥球团和炼钢焦炭以1：0.56送熔炉中熔融还原，C/O为1.6，控制炉温为1550℃，并保温2h后铁液从出铁口流出并被收集，蒸汽由回收装置在熔炼全过程进行收集。
(4)在分离蒸汽和铁液后，熔渣从出渣口流出，由渣槽流入压延设备淬冷并压制成型，获得基础玻璃；基础玻璃退火至600℃，然后以15℃/min的速率升温至800℃，并保温1.5h，再接着以20℃/min的速率升温至950℃，并保温1h，最后以40℃/min的速率降至室温。获得微晶玻璃，如图3所示。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，包括：
步骤1：将赤泥与调质改性造渣剂按一定比例混合均匀；
步骤2：将混合后的物料滚动成型并进行干燥处理，获取干燥球团；
步骤3：将干燥球团与焦炭置入多功能熔炼炉进行熔炼还原，实时收集碱金属及重金属蒸汽，熔炼还原结束后分离铁液和熔融尾渣；
步骤4：利用熔融尾渣制备矿棉、岩棉，或利用熔融尾渣制备微晶玻璃。
2.根据权利要求1所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤1中，根据赤泥成分以及利用尾渣制备无机复合材料对熔渣组成的要求，进行调质；在利用尾渣获取矿棉或岩棉时，调质后混合物成分特征酸度系数MK分别在1.2～1.4以及1.6～2.0范围内；在利用尾渣获取微晶玻璃时，调质后混合物成分特征酸度系数MK在1.4～2.6范围内。
3.根据权利要求2所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，调质过程中所采用的调质改性造渣剂为碱性调质剂或酸性调质剂；其中，碱性调质剂为钢渣、石灰石尾矿等中的一种或多种的组合；酸性调质剂为粉煤灰、煤矸石、尾矿或石英砂尾矿等中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤1中，调质改性造渣剂占总成分质量的0～30％。
5.根据权利要求1所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤3中，焦炭为炼钢焦炭或合金焦炭中一种或多种的组合；其中焦炭粒度为5～50mm，焦炭加入量与球团的比为0.2～1.0。
6.根据权利要求1所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤3中，多功能熔炼炉采用弱酸性、中性或碱性炉衬，以缓解碱金属的侵蚀，熔炼还原温度在1300～1700℃。
7.根据权利要求1所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤3中，赤泥中碱金属与重金属以气体形式进入烟气，通过控温冷凝分离工艺将其回收。
8.根据权利要求1所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤3中，赤泥中的铁氧化物被还原成液态铁从出铁口流出，作为炼钢原料。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤4中，利用熔融态尾渣采用离心法或喷吹法一体化在线制备矿棉或岩棉。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的赤泥多组份分离与尾渣调质利用的工艺，其特征在于，所述步骤4中，利用熔融态尾渣采用模板与析晶法相结合的方法直接制备微晶玻璃。
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